Elektronika Praktyczna 8/2005

96

P R O J E K T Y   C Z Y T E L N I K Ó W

Przyspieszenie  jest  wielkością 

fizyczną,  która  informuje  nas,  jak 

i o ile  zmienia  się  prędkość  dane-

go  ciała  w każdej  jednostce  czasu. 

Możemy  je  przedstawić  za  pomocą 

wzoru:

    v-v

0

a=———

    D

t

w którym  v  oznacza  prędkość 

końcową,  v

0

  prędkość  początkową 

natomiast  ∆t  jest  to  czas  w którym 

nastąpiła  zmiana  prędkości  od  v

0

 

do  v  czyli  można  powiedzieć,  że 

przyspieszenie  jest  to  stosunek  przy-

rostu  prędkości  do  czasu,  w którym 

ten  przyrost  nastąpił.  Z równania 

określającego  przyspieszenia  może-

my  otrzymać  równanie  prędkości:

v=v

0

+a·Dt

Wzór  ten  pozwala  zatem  obli-

czyć  chwilową  wartość  prędkości  v 

w dowolnym  momencie,  jeśli  znana 

jest  prędkość  początkowa  i przyspie-

szenie.  W tym  przypadku  prędkość 

początkowa  v

0

  będzie  wynosić  0 

ponieważ  pomiar  rozpoczyna  się 

w chwili  gdy  pojazd  rusza  z miej-

sca.  Natomiast  wartość  przyspiesze-

nia  a otrzymana  jest  dzięki  zastoso-

wanemu  czujnikowi  przyspieszenia 

ADXL  311  produkowanego  przez 

firmę  Analog  Devices.

Czujnik  ten  umożliwia  pomiar 

Miernik  przyspieszenia

Prezentowany  układ  służy  do 

pomiaru  czasu  przyspieszenia 

pojazdu  do  ustalonej  prędkości 

(często  jest  on  nazywany 
akcelerometrem).  Możemy 

dzięki  niemu  sprawdzić  czy 

nasz  samochód  ma  takie 

osiągi  jak  podaje  producent 

lub  porównać  osiągi  przed  i po 

zmianach  jakie  wprowadzamy 

w samochodzie  (silniku).  Układ 

nie  wymaga  podłączenia  do 

licznika  prędkości  w samochodzie 

dzięki  zastosowaniu  czujnika 

przyspieszenia.

zarówno  dynamicznych  jak  i sta-

tycznych  przyspieszeń  o wartościach 

dodatnich  i ujemnych  w zakresie  nie 

przekraczającym  wartości  2  g.

Opis działania układu

W celu  uniknięcia  zakłóceń  ja-

kie  mogą  przedostać  się  z instalacji 

elektrycznej  samochodu  układ  jest 

zasilany  z baterii  9  V.  Napięcie  zasi-

lające  jest  stabilizowane  przez  stabi-

lizator  który  daje  na  wyjściu  napię-

cie  o wartości  3  V.  Jako  stabilizator 

został  zastosowany  układ  scalonego 

stabilizatora  TPS76030  (U2)  .Na 

wejściu  stabilizatora  zastosowano 

prosty  filtr  napięcia  L21,  C23  i C24. 

Dioda  D20  zabezpiecza  układ  przed 

odwrotnym  podłączeniem  napięcia 

zasilającego.  Na  wyjściu  stabiliza-

tora  znajduje  się  dioda  zenera  D25 

która  w przypadku  awarii  stabiliza-

tora  powinna  spowodować  zwarcie 

powodujące  uszkodzenie  bezpieczni-

ka.  Kondensatory  C1,  C2,  C4,  C26, 

C27,  C47  są  wykorzystywane  do  fil-

tracji  napięcie  zasilające  układy.

Zasilanie  mikrokontrolera  zostało 

podzielone  na  dwie  części:  część 

analogową  oraz  część  cyfrową. 

Część  cyfrowa  jest  podłączona  do 

wyjścia  stabilizatora  natomiast  część 

analogowa  mikrokontrolera  oraz 

czujnika  jest  dodatkowo  filtrowana 

Dział  „Projekty  Czytelników”  zawiera  opisy  projektów  nadesłanych  do  redakcji  EP  przez  Czytelników.  Redakcja  nie  bierze 
odpowiedzialności  za  prawidłowe  działanie  opisywanych  układów,  gdyż  nie  testujemy  ich  laboratoryjnie,  chociaż 
sprawdzamy  poprawność  konstrukcji.
Prosimy  o nadsyłanie  własnych  projektów  z modelami  (do  zwrotu).  Do  artykułu  należy  dołączyć  podpisane 

oświadczenie, 

że  artykuł  jest  własnym  opracowaniem  autora  i nie  był  dotychczas  nigdzie  publikowany.  Honorarium  za  publikację 

w tym  dziale  wynosi  250,–  zł  (brutto)  za  1  stronę  w EP.  Przysyłanych  tekstów  nie  zwracamy.  Redakcja  zastrzega  sobie 
prawo  do  dokonywania  skrótów.

Projekt

132

   97

Elektronika Praktyczna 8/2005

P R O J E K T Y   C Z Y T E L N I K Ó W

Rys.  1.  Schemat  elektryczny  miernika  przyspieszenia

przez  filtr  dolnoprzepustowy  wyko-

nany  z dławika  L2,  rezystora  R1, 

oraz  kondensatorów  C3,  C9,  C10.

Ujemne  napięcie  o wartości  –  3  V 

które  jest  wykorzystywane  do  uzyska-

nia  odpowiedniego  kontrastu  na  wy-

świetlaczu  LCD  jest  uzyskane  dzięki 

zastosowaniu  przetwornicy  kondensa-

torowej  zmieniającej  polaryzacje  na-

pięcia  .  Zbudowana  została  ona  jako 

generator  (  inwertery  U5C  i U5B) 

oraz  inwerter  kluczująca  U5A.

Czujnik  przyspieszenia  zasilany  jest 

poprzez  dławik  L30  i rezystor  R31. 

Kondensatory  C34  i C33  ustalają  czę-

stotliwość  sygnałów  wyjściowych  któ-

re  są  podawane  na  wejścia  P1.4  oraz 

P1.6  mikrokontrolera.  Czujnik  przy 

tych  wartościach  pojemności  posiada 

pasmo  około  10  Hz  –  do  próbkowania 

jest  wykorzystywana  w mikrokontrole-

rze  częstotliwość  32  Hz  ze  względu 

na  uproszczenie  programu.  Rezystor 

R5  służy  do  ustalenia  napięcia  od-

niesienia  na  wejściu  przetwornika  A/

C.  Napięcie  to  jest  wytwarzane  przy 

wykorzystaniu  wbudowanego  w mikro-

kontroler  źródła  prądowego  200  mA 

Przetwornik  posiada  różnicowe  wej-

ście  które  stanowią  pary  P1.4  i P1.5 

lub  P1.6  i P1.5.  Wejście  ST  (self  test) 

układu  ADXL311  służy  do  testowania 

ale  ze  względu  na  zastosowane 

ustawianie  poziomu  i określaniu 

wartości  0  g  przed  pomiarem  nie 

jest  ono  wykorzystywane.

Do  obsługi  miernika  służą 

przyciski  S1  oraz  S2  do  któ-

rych  równolegle  podłączone 

są  kondensatory  filtrujące  C42, 

C45.  Sygnały  z przycisków  są 

podawane  do  wejść  mikrokon-

trolera  P3.2  oraz  P3.3  poprzez 

układ  inwertera  z przerzutnikiem 

Schmitta  U4.  Rezystor  R7  słu-

ży  do  podawane  stanu  wysokiego 

na  wejście  EA  mikrokontrolera  co 

powoduje  jego  pracę  z wewnętrzną 

pamięcią.

Programowanie  układu  możliwe 

jest  po  zwarciu  zwory  P2  co  po-

woduje  połączenie  wejścia  PSEN 

z masą  poprzez  rezystor  R6,  dane 

do  mikrokontrolera  przesyłane  są 

poprzez  port  szeregowy.

Opis programu sterującego

Odczytywanie  wartości  napię-

cia  z układu  ADXL  311  odbywa  się 

przez  wbudowany  w mikrokontroler 

przetwornik  A/C.  Aby  odczyty  były 

prawidłowe  układ  należy  najpierw 

wykalibrować.  Dokonuje  się  tego  po-

przez  ustawienie  czujnika  tak  aby  na 

jego  oś  działało  przyspieszenie  rów-

ne  +1  g  (ustawiając  układ  do  góry 

i przyciskając  przycisk  1)  oraz  –1  g 

(ustawiając  układ  w dół  i przyciskając 

przycisk  0),  następnie  na  podstawie 

tych  danych  mikroprocesor  wylicza 

jaka  wartość  podawana  przez  czujnik 

odpowiada  przyspieszeniu  równemu 

0  g.  Na  wyświetlaczu  są  podane  ko-

lejno  wartości  odpowiadające  warto-

Rys.  2.  Schemat  montażowy  miernika  przy-
spieszenia.  Widok  od  strony  lutowania

Elektronika Praktyczna 8/2005

98

P R O J E K T Y   C Z Y T E L N I K Ó W

ści  1  g,  –1  g  oraz  wyliczoną  wartość 

0  g  a w dolnym  rzędzie  wartość  jaka 

była  do  tej  pory  zapisana  w pamię-

ci.  Wciskając  przycisk  1  a następnie 

potwierdzając  przyciskiem  0  zapisuje-

my  nową  wartość.  Odczyty  wartości 

zmierzonych  przez  przetwornik  oraz 

włączenie  następnego  cyklu  przetwa-

rzania  odbywają  się  podczas  przerwa-

nia  z układu  licznika  czasu  rzeczy-

wistego  które  występuje  32  razy  na 

sekundę.  Odczytana  wartość  zostaje 

zapisana  w pamięci  i zostaje  usta-

wiony  bit  który  informuje  program 

o odczytaniu  wartości.  Przed  rozpo-

częciem  pomiaru  układ  należy  wyze-

rować  poprzez  wypoziomowanie  aby 

wyeliminować  wpływ  przyspieszenia 

ziemskiego.  Układ  wyświetla  na  wy-

świetlaczu  wartość  odpowiadającą 

położeniu  poziomemu  (wyliczoną 

podczas  kalibracji)  oraz  wartość 

aktualnie  mierzoną.  Należy  usta-

wić  układ  w takim  położeniu  aby 

te  dwie  wartości  były  równe  lub 

zbliżone  do  siebie  a następnie 

potwierdzić  wciskając  przycisk 

1.  Następnie  układ  dokonuje  od-

czytu  16  wartości  otrzymanych 

z przetwornika  a potem  sumuje  je 

i wylicza  z nich  średnią  i tą  war-

tość  przyjmuje  jako  wartość  od-

powiadającą  0  g  (pojazd  stoi  w miej-

scu).  Po  wyzerowaniu  układ  oczekuje 

na  ruszenie  pojazdu.  Ruch  pojazdu 

jest  wykryty  w chwili  gdy  zostanie 

przekroczona  progowa  wartość  przy-

spieszenia.  Układ  wylicza  średnią 

wartość  z 4  próbek  i sprawdza  czy 

jest  większa  od  progowej  wartości 

zapisanej  w programie.  Gdy  progowa 

wartość  zostanie  przekroczona  w ukła-

dzie  włączają  się  liczniki  liczące  czas 

od  startu  oraz  rozpoczyna  się  pomiar 

przyspieszenia  który  odbywa  się  32 

razy  na  sekundę.  Zmierzona  wartość 

służy  do  wyliczenia  aktualnej  pręd-

kości  –  jest  przemnażana  przez  stałą 

oraz  niezbędne  jest  jeszcze  dzielenie 

przez  wartość  odpowiadającą  1  g 

–  dzięki  czemu  otrzymujemy  wartość 

zmiany  prędkości  w km/godzinę,  Tak 

otrzymane  przyrosty  prędkości  są  su-

mowane  i otrzymana  aktualna  pręd-

kość  która  jest  porównywana  z zało-

żoną  wartością.  Jeśli  ją  przekroczy  to 

pomiar  zostaje  zatrzymany  i licznika 

czasu  wskazuje  czas  przy  którym 

został  zatrzymany  pomiar.  Program 

mierzy  czas  przy  którym  osiągana 

jest  prędkość  70  i 100  km/godzinę. 

Aby  powtórzyć  pomiar  należy  wci-

snąć  przycisk  0  a żeby  przejść  do 

menu  głównego  przycisk  1.

Montaż i uruchomienie

W układzie  zostały  wykorzysta-

ne  elementy  typu  SMD  dlatego  też 

ich  lutowanie  należy  przeprowa-

dzić  bardzo  dokładnie.  Ponieważ 

płytka  jest  dwu  stronna  i była  wy-

konywana  bez  metalizacji  otworów 

,montaż  należy  rozpoczynamy  od 

wlutowania  wszystkich  zwór  które 

łączą  obydwie  strony  płytki.  Na-

stępnie  montujemy  elementy  z któ-

rych  składa  się  część  stabilizująca 

napięcie  zasilające  układ,  po  czym 

należy  zmierzyć  czy  na  wyjściu 

stabilizatora  jest  napięcie  równe 

3  V  jeśli  tak  to  możemy  przystą-

pić  do  dalszego  montażu.  Pozosta-

łe  elementy  należy  lutować  zaczy-

nając  od  najmniejszych,  a kończąc 

na  największych.  Wyświetlacz  LCD 

montujemy  do  płytki  na  końcu 

pod  kątem  90

0

.  Gdy  wszystkie  czę-

ści  będą  wlutowane  przystępujemy 

do  programowania  mikrokontrolera, 

w tym  celu  należy  zewrzeć  zworę 

P2  i poprzez  złącze  P5  połączyć 

układ  z programatorem.  Po  rozwar-

ciu  zwory  P2  i ponownym  włącze-

niu  zasilania  na  wyświetlaczu  po-

winien  pojawić  się  napis  informu-

jący  o poprawnym  działaniu  ukła-

du.  Podłączenie  mikrokontrolera 

do  komputera  należy  wykonać  po-

przez  translator  poziomów  z RS232 

na  napięcia  z zakresu  0...3  V  np. 

ADUM3202.  W układnie  zosta-

ły  zastosowane  elementu  SMD  ze 

względu  na  ich  wielkość,  zdobycie 

elementów  nie  jest  trudne  ponie-

waż  producenci  często  oferują  dar-

mowe  próbki.

Paweł  Szechowski

WYKAZ  ELEMENTÓW
Rezystory
R1:  1,6  Ω
R5:  7,5  kΩ
R6,  R7:  1  kΩ
R31:  100  Ω
R37:  zwora
R36:  1  MΩ
R40,  R41:  4,7  kΩ
R50:  10  kΩ
L2,  L21,  L30:  dławik
Kondensatory
C51:  1  nF
C1...C4,  C10,  C24,  C27,  C32,  C42, 
C43,  C47,  C56:  100  nF
C33,  C34:  470  nF
C9,  C23,  C26,  C57:  10  µF
Półprzewodniki
D20:  1N4001
D22:  15V
D25:  5V1
D53:  1N4148
D54:  1N4148
X1:  kwarc  32  kHz
U1:  ADuC834
U2:  TPS76030
U3:  ADXL  311
U4:  74LVC2G17
U5:  LVC3G04

Rys.  3.  Schemat  montażowy  miernika  przy-
spieszenia.  Widok  od  strony  elementów

PRENUMERATĘ  ELEKTRONIKI  PRAKTYCZNEJ

NAJWYGODNIEJ  ZAMAWIAĆ  SMS-EM!

Wyślij  SMS  o treści 

PREN

  na  numer 

0663889884

,

my  oddzwonimy  do  Ciebie

i przyjmiemy  Twoje  zamówienie.

(koszt  SMS-a według  Twojej  taryfy)